高中物理电磁感应

高中物理电磁感应一、教学目标1.知识与技能目标理解电磁感应现象，知道产生感应电流的条件。掌握法拉第电磁感应定律，会计算感应电动势的大小。理解楞次定律，能运用楞次定律判断感应电流的方向。了解自感现象和涡流现象及其应用与防止。2.过程与方法目标通过实验探究，培养学生的观察能力、动手能力和分析归纳能力。经历法拉第电磁感应定律和楞次定律的探究过程，体会科学探究的方法，培养学生的科学思维能力。通过对电磁感应现象中能量转化的分析，培养学生的能量观念。3.情感态度与价值观目标通过了解电磁感应的发现历程，感受科学家探索科学真理的精神，激发学生学习物理的兴趣。培养学生严谨的科学态度和勇于创新的精神，体会物理知识在生活和科技中的广泛应用，增强学生学习物理的自信心。二、教学重难点1.教学重点感应电流产生的条件。法拉第电磁感应定律的理解与应用。楞次定律的理解与应用。2.教学难点对楞次定律中"阻碍"含义的理解。运用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤及相关复杂问题的分析。法拉第电磁感应定律中平均感应电动势与瞬时感应电动势的区别与联系。三、教学方法讲授法、实验法、讨论法、探究法相结合四、教学过程（一）导入新课（5分钟）1.展示图片或视频展示发电机、变压器等电器设备的图片，或者播放一段电力生产过程的视频。提问：这些设备都涉及到电，那么电是如何产生的呢？在这些过程中，都有一个重要的物理现象电磁感应。2.介绍电磁感应现象的重要性电磁感应现象的发现，不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为现代电力技术奠定了基础。从日常生活中的发电设备到高科技领域的电磁感应应用，它无处不在。今天，我们就来深入学习电磁感应这一神奇的物理现象。（二）新课讲授1.电磁感应现象（10分钟）实验演示演示闭合电路的一部分导体切割磁感线的实验。实验装置：将蹄形磁铁放在水平桌面上，用导线连接成一个闭合电路，其中一段导体AB可以在导轨上滑动。操作过程：当导体AB左右滑动时，观察电流表指针的变化。实验现象：当导体AB切割磁感线时，电流表指针发生偏转，说明电路中有电流产生；当导体AB不切割磁感线时，电流表指针不偏转，电路中没有电流。引导思考提问学生：为什么导体切割磁感线时会产生电流呢？引导学生回顾磁场对电流有力的作用，思考是否存在一种相反的物理过程，即通过磁场产生电流。总结归纳得出电磁感应现象的定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。2.感应电流产生的条件（10分钟）进一步实验探究在刚才实验的基础上，改变实验条件。实验一：保持导体AB静止，使蹄形磁铁左右移动，观察电流表指针是否偏转。实验二：保持导体AB和蹄形磁铁都静止，将闭合电路的一部分导体弯曲，使它不切割磁感线，观察电流表指针是否偏转。实验三：将闭合电路整体放入磁场中，不切割磁感线，观察电流表指针是否偏转。实验四：将不闭合的导体AB在磁场中切割磁感线，观察电流表指针是否偏转。分析实验结果与学生一起分析每个实验中电流表指针的偏转情况。实验一：当蹄形磁铁左右移动时，导体AB相对磁场运动，切割磁感线，电流表指针偏转，有感应电流产生。实验二：导体不切割磁感线，电流表指针不偏转，没有感应电流产生。实验三：闭合电路整体放入磁场中不切割磁感线，电流表指针不偏转，没有感应电流产生。实验四：不闭合的导体切割磁感线，电流表指针不偏转，没有感应电流产生。总结条件引导学生总结感应电流产生的条件：一是电路要闭合；二是闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。3.法拉第电磁感应定律（15分钟）理论探究引导学生思考感应电动势的大小与哪些因素有关。回顾磁通量的概念：穿过一个闭合电路的磁感线的多少用磁通量来表示，公式为\(\varPhi=BS\)（\(B\)是匀强磁场的磁感应强度，\(S\)是与磁场方向垂直的面积）。让学生想象当闭合电路的磁通量发生变化时，会对电路中的电荷产生怎样的作用，从而引导出感应电动势的产生。实验探究进行法拉第电磁感应定律的实验。实验装置：一个螺线管、电流表、条形磁铁、导线等。实验步骤：①把螺线管与电流表组成闭合回路，将条形磁铁迅速插入螺线管中，观察电流表指针的偏转情况，记录感应电流的大小\(I_1\)。②把条形磁铁从螺线管中迅速拔出，观察电流表指针的偏转方向和大小，记录感应电流的大小\(I_2\)。③保持条形磁铁插入螺线管中的速度不变，改变条形磁铁的磁性强弱，观察电流表指针的偏转情况。④保持条形磁铁的磁性强弱不变，改变条形磁铁插入螺线管的速度，观察电流表指针的偏转情况。数据分析与总结与学生一起分析实验数据。发现当磁通量变化越快时，感应电流越大，说明感应电动势越大。得出法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)，其中\(n\)为线圈匝数。强调\(\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)是磁通量的变化率，表示磁通量变化的快慢。4.楞次定律（20分钟）实验引入演示楞次定律的实验。实验装置：一个螺线管、电流表、条形磁铁、导线等。实验步骤：①将螺线管与电流表组成闭合回路，把条形磁铁的\(N\)极向下插入螺线管，观察电流表指针的偏转方向。②把条形磁铁在螺线管中静止不动，观察电流表指针是否偏转。③把条形磁铁从螺线管中\(N\)极向上拔出，观察电流表指针的偏转方向。④将条形磁铁的\(S\)极向下插入螺线管，观察电流表指针的偏转方向。⑤把条形磁铁从螺线管中\(S\)极向上拔出，观察电流表指针的偏转方向。现象分析与学生一起分析每个实验中电流表指针的偏转方向，从而确定感应电流的方向。当条形磁铁\(N\)极向下插入螺线管时，感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相反；当条形磁铁\(N\)极向上拔出螺线管时，感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相同；当条形磁铁\(S\)极向下插入螺线管时，感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相同；当条形磁铁\(S\)极向上拔出螺线管时，感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相反。总结楞次定律引导学生总结楞次定律的内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。通过实例进一步解释"阻碍"的含义：当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少。5.楞次定律的应用（15分钟）例题讲解例1：如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流的方向怎样？铜环将向哪个方向运动？分析：当条形磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加。根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，所以感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相反。由安培定则可判断出感应电流的方向为逆时针方向（从左向右看）。对于铜环的运动方向，根据楞次定律的"来拒去留"，条形磁铁靠近铜环，铜环会阻碍其靠近，所以铜环将向右运动。例2：如图所示，在匀强磁场中有一个矩形闭合导线框abcd，线框平面与磁场垂直，当线框沿纸面由位置1匀速运动到位置2的过程中，线框中感应电流的方向如何？分析：在位置1到位置2的过程中，穿过线框的磁通量先增大后减小。当磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，根据安培定则可判断感应电流方向为abcda；当磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，感应电流方向仍为abcda。所以整个过程中线框中感应电流方向始终为abcda。课堂练习布置一些相关练习题，让学生在课堂上进行练习，巩固所学知识。练习1：如图所示，当导体棒ab向右运动时，试判断导体棒中感应电流的方向。练习2：如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置A匀速运动到位置B，在此过程中，线框中感应电流的方向如何？6.自感现象（10分钟）实验演示演示自感现象的实验。实验装置：两个相同的灯泡、一个带铁芯的线圈、电源、开关等。实验步骤：①按图连接电路，闭合开关，观察灯泡的发光情况。②断开开关，观察灯泡的发光情况。现象分析闭合开关瞬间，灯泡A2立即发光，灯泡A1逐渐变亮。原因是线圈对电流的增大有阻碍作用，电流不能立即达到最大值。断开开关瞬间，灯泡A1突然闪亮一下后熄灭，灯泡A2立即熄灭。原因是线圈中产生自感电动势，自感电流的方向与原电流方向相同，通过灯泡A1形成短暂的电流，使灯泡A1突然闪亮一下。总结自感现象得出自感现象的定义：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象，产生的电动势叫做自感电动势。自感电动势的大小与电流的变化率成正比，即\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)，其中\(L\)是自感系数，与线圈的匝数、形状、有无铁芯等因素有关。7.涡流现象（5分钟）介绍涡流现象当线圈中的电流随时间变化时，这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，电流在导体内自成闭合回路，很像水的漩涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。举例说明涡流的应用与防止应用：如电磁炉利用涡流产生的热量来加热食物；金属探测器利用涡流探测金属物品。防止：如变压器的铁芯用硅钢片叠成，目的是减小涡流，降低能量损耗。（三）课堂小结（5分钟）1.与学生一起回顾本节课所学内容电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时产生感应电流的现象。感应电流产生的条件：电路闭合且闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。法拉第电磁感应定律：\(E=n\frac{\Delta\varPhi}{\Deltat}\)，感应电动势与磁通量的变化率成正比。楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。自感现象：由于导体本身电流变化产生的电磁感应现象，自感电动势\(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}\)。涡流现象：线圈中电流变化时，附近导体中产生的感应电流。2.强调重点和难点重点：感应电流产生的条件、法拉第电磁感应定律、楞次定律。难点：对楞次定律中"阻碍"含义的理解及应用，法拉第电磁感应定律中平均感应电动势与瞬时感应电动势的区别。（四）布置作业（5分钟）1.书面作业完成课本上相关的练习题，加深对电磁感应现象、感应电流产生条件、法拉第电磁感应定律、楞次定律等知识的理解和应用。思考：如果将一个闭合线圈放在均匀变化的磁场中，线圈中会产生感应电流吗？感应电动势的大小如何计算？2.拓展作业查阅资料，了解电磁感应现象在生活和科技中的其他应用，并写一篇简短的报告。设计一个实验，验证电磁感应现象中感应电流的方向与磁通量变化的关系。五、教学反思通过本节课的教学，学生对电磁感应现象有了较为系统的认